Vakcode: mtp205

Vaknaam: Ontwerp Machine Installatie B

ZIE OOK BLACKBOARD

Het betreft een project

ECTS studiepunten: 5,5

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Docent(en):

Grimmelius, ir. ing. H.T. (docentopdrachtgever)

Dijkstra, dr. S. (meet & regeltechniek)

Tel.:  

015-27 82746

015-27 85606

Trefwoorden:

Voortstuwingssystemen, elektriciteitsopwekking, energiebalans, modelvorming, voortstuwingsregeling, simulatie, dynamisch gedrag, MarPol regelgeving, milieumaatregelen, HAZOP, regeling via terugkoppeling, sensoren en actuatoren, blokschema, linearisatie, overdrachtsfuncties, polen en nulpunten,

regelaarinstellingen, PID-regelaars, Ziegler - en Nichols praktijkregels, Bode en Nyquistdiagram.

Cursusjaar:

BSc 2e jaar

Semester:

2B

Coll.uren p/w:

4

Andere uren:

Verplichte toetsen

Toetsvorm:

Huiswerk toetsen en rapport

Tentamenperiode:

-

(zie jaarindeling)

Voorkennis: mt215, mt518, et2019mt

Wordt vervolgd door: mtp301

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

Ontwerpen van de machine-installatie

1.      Ontwerp van een voortstuwingsinstallatie op basis van functionele eisen; toepassen van de in mt215 opgedane kennis.

2.      Ontwerp van het elektriciteitssysteem op basis van een energiebalans; toepassen van de in  et2019mt opgedane kennis.

Dynamische systemen

1. Beschrijving van dynamische systemen. Voorbeelden van mechanische, elektrische, thermische en stromingssystemen.
2. Beschrijving van responsies van dynamische systemen. Berekening van responsies via Laplace. Blokschema.
3. Karakterisering van systeemgedrag met polen en nulpunten. Relatie polen responsies. Tijdresponsies met specificaties voor regelgedrag.

 Terugkoppeling

1. Gevoeligheidsreductie voor storingen door middel van terugkoppeling. Servogedrag.
2. De klassieke drie terms regelaar, PID.
3. Praktijkregels van Ziegler en Nichols voor regelaar tuning.
4. Eenheidsterugkoppeling. Regelsysteem type. Statische fouten.
5. Stabiliteit van teruggekoppelde systemen. Stabiliteis criterium van Routh-Hurwitz.
6. Regelaar voor de voortstuwing ontwerpen.

 Frequentiedomein methoden

1. Het beschrijven van systeemgedrag middels sinusresponsies.
2. De relatie van Bode diagram met overdrachtsfunctie.
3. Nyquist plot, voorbeelden van eerste orde en tweede orde systemen in het frequentiedomein.

Simuleren van het dynamisch gedrag van de voorstuwing

1.       Aanpassen van een complex dynamisch simulatiemodel voor de voortstuwingsinstallatie aan het eigen ontwerp.

2.       Uitvoeren en interpreteren van enkele dynamische simulaties (acceleratie, golfweerstand).

Veiligheid en duurzaamheid

1.      Uitvoeren van een kwalitatieve risicoinventarisatie en –evaluatie volgens de HAZOP methode.

2.      Regelgeving op het gebied van milieubelasting, o.a. MarPol Annex 1-6.

3.      Mariene ecologie, technieken om verschillende milieumaatregelen te realiseren (incinerator, olie-waterscheiders, emissie (NO_x, SO₂) beperkende maatregelen).

Metingen aan dieselmotor en elektrische installatie

1.      Uitvoeren en interpreteren van metingen aan een laboratorium dieselmotor. Met name gericht vergelijking met theoretische thermodynamische processen en emissies.

2.      Uitvoeren en interpreteren van metingen aan een elektrische voedingsinstallatie, bestaande uit enkele parallel draaiende generatoren (‘eilandbedrijf’)en diverse soorten belastingen.

College materiaal:

Handleiding ‘Project mtp204’

Aanvullend materiaal veiligheid en duurzaamheid

Klein Woud, J., Stapersma, D.: “Marine Engineering: Design of Propulsion and Electric power Generation Systems”, Voorlopige uitgave 2002.

Franklin, G.F., Powell, J.D. Emami_Naeini: “A Feedback Control of Dynamic Systems”, 3^rd edition, Addison-Wesley, 1994.

Referenties vanuit de literatuur:

Opmerkingen (specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):

Toelatingseis: 21 studiepunten eerste jaar waaronder:

-                 Project 1 t/m 4 (mtp01 t/m mtp04)

-                 Projectweek (mt020)

-                 mt501: Hydromechanica 1

-                 wb1126mt: Thermodynamica 1

-                 wb1127mt: Stromingsleer 1

Tijdens de college periode wordt drie maal een opgave meegegeven om thuis te maken. Aan het eind van de periode wordt de laatste opdracht meegegeven. Beoordeling aan de hand van rapport, ingeleverde opgaven en nabespreking (laatste vrijdag 4^de tentamenperiode)

Leerdoelen:

The student must be able to:

·        Determine ship propulsion and electric power generation system concept.

·        Select suitable prime mover(s), transmission components and propulsor(s).

·        Make an electric load balance and determine the generator and converter capacities.

·        Select suitable generators, prime movers, converters, switchboards.

·        Calculate fuel and air consumption of the complete machinery plant; calculate fuel consumption per travelled mile as function of speed, calculate bunker capacity and ship endurance.

·        Recognize open loop and closed loop (feed-back) control systems

·        Identify the elements in the control loop, including sensors and actuators

·        Describe systems in terms of block diagrams

·        Model simple physical (mechanical, electrical, electromechanical, fluid and thermal) systems

·        Explain and apply linearisation of non-linear systems

·        Derive transfer functions of simple systems from basic differential equations using Laplace transfer

·        Analyse, using transfer functions, the dynamic behaviour of closed loop systems  in terms of step and sine response, real and complex poles and zeros, stability

·        Derive simple (PID) control models on the basis of experiments and define a suitable set of experiments, describe practical tuning rules for controllers (e.g. Ziegler and Nichols)

·        Explain and interpret Bode and Nyquist diagrams for first and second order systems

·        Make a block diagram of a propulsion system and determine the applicable algebraic and differential equations.

·        Linearise the equations and determine the transfer function for propeller speed control.

·        Apply practical tuning rules of PID actions for speed control.

·        Construct and interpret the Bode and Nyquist diagrams for speed control.

·        Determine the effect on the propulsion system of off-design conditions (different speed, changed resistance, changed PTO power, one shaft instead of two shafts (multiple shaft configurations), one engine instead of two engines (multiple engine configurations)).

·        Adjust an existing non-linear model of a propulsion plant for time domain simulations to a specific propulsion plant.

·        Interpret the results of a series of simulations with this model with regard to dynamic behaviour during acceleration and stopping (e.g. heavy seaway, increased resistance, propeller racing).

·        Perform a qualitative risk analysis and assessment.

·        Understand the impact of environmental legislation on ship operation and design (MarPol Annexes).

·        Understand and explain several waste treatment techniques applicable on ships (incinerators, oil-water separators, SCR, emission limiting measures for diesel engines and gas turbines)

·        Perform a predefined series of measurements on a diesel engine.

·        Interpret calculated results by comparison with theory (Seiliger process).

·        Understand and explain basic electric network configurations onboard ships

·        Perform a predefined series of operation on electric networks as applied onboard ships

Furthermore, learning goals of the courses mt215, mt518 and et2019mt are applied within the project.

Computer gebruik:

Tijdsdomein simulaties: Matlab / Simulink

Practicum:

Metingen aan een dieselmotor

Metingen aan een elektrische installatie

Ontwerp component:

Ontwerp van een scheepsmachineinstallatie

Percentage ontwerponderwijs:  80 %